Snímače měřených hodnot – najděte výrobce a dodavatele

Snímače jsou technická zařízení, která zaznamenávají fyzikální, chemické nebo elektrické veličiny a převádějí je na použitelný elektrický signál.

Tento signál pak může být zpracován řídicím systémem, zobrazovací jednotkou nebo systémem sběru dat. Snímače jsou proto základem moderní měřicí a automatizační techniky, protože vytvářejí spojení mezi reálným a digitálním světem.

Níže je uveden přehled základního principu a způsobu činnosti, různých typů a jejich měřených veličin, typů signálů a rozhraní snímačů, jakož i přehled jejich použití a požadavků na moderní konstrukce:

Základní princip a způsob činnosti převodníků:

Funkce snímačů se skládá ze tří základních kroků:

1. Snímání měřené veličiny:
   Snímač se skládá ze dvou částí: Snímacího prvku, který fyzicky interaguje s měřenou veličinou - např. deformací, změnou teploty, magnetickým polem nebo absorpcí světla.
2. Převod na elektrický signál:
   Měřená veličina se převede na elektrickou veličinu, např. napětí, proud, frekvenci.
3. Zpracování signálu:
   Surový signál je zesílen, filtrován, linearizován nebo digitalizován, aby byl použitelný pro následné systémy.

Typ principu převodu, ať už mechanický, optický, piezoelektrický, magnetický, chemický atd., závisí na příslušné měřené veličině.

Typy převodníků a jejich měřené veličiny:

Snímače jsou vysoce specializované a lze je rozdělit podle příslušné měřené veličiny:

1. Mechanické veličiny:
   a. Snímače tlaku: Měří statický nebo dynamický tlak kapalin a plynů, často pomocí piezorezistivních nebo kapacitních prvků.
   b. Snímače síly: Převádějí mechanickou sílu na elektrický signál, často pomocí tenzometrů.
   c. Snímače posunutí a vzdálenosti: K určení polohy se používají optické, indukční, kapacitní nebo ultrazvukové metody.
   d. Snímače točivého momentu: Měří krouticí moment hřídele, často pomocí tenzometrických nebo magnetických metod.
2. Tepelné veličiny:
   a. Snímače teploty: Patří sem termočlánky, odporové teploměry, polovodičové snímače teploty nebo infračervené snímače.
   b. Snímače tepelného toku: Určují tok tepla vrstvou materiálu, často s využitím termoelektrických principů.
3. Elektrické a magnetické veličiny:
   a. Snímače proudu a napětí: Měří elektrické veličiny v napájecích zdrojích, obvodech nebo systémech.
   b. Snímače magnetického pole: Využívají Hallův jev nebo magnetorezistivní principy k měření intenzity magnetického pole.
4. Chemické a fyzikálně-chemické veličiny:
   a. Senzory plynů: Senzory: detekují koncentrace určitých plynů (např. kyslíku, CO₂, amoniaku) pomocí elektrochemických, optických nebo polovodičových metod.
   b. Senzory pH a vodivosti: Používají se v procesní a environmentální měřicí technice ke stanovení chemických vlastností kapalin.
   c. Snímače vlhkosti: Měří relativní nebo absolutní vlhkost vzduchu nebo materiálů.

Typy signálů a rozhraní snímačů:

Většina moderních snímačů poskytuje standardizované výstupní signály:

1. Analogové signály: často 4-20 mA nebo 0-10 V, vhodné pro jednoduché přenosové cesty.
2. Digitální rozhraní: I²C, SPI, CAN, Modbus nebo IO-Link pro inteligentní snímače s dalšími funkcemi.
3. Sběrnicové systémy: Jako Profibus, EtherCAT nebo Profinet v průmyslové automatizaci.

V závislosti na aplikaci může být senzor již interně kalibrován, teplotně kompenzován a autodiagnostikován.

Použití snímačů:

Snímače se používají téměř ve všech technických oblastech. Mezi nejdůležitější oblasti použití patří:

1. Automatizační technika:
V průmyslových výrobních závodech snímače nepřetržitě monitorují tlak, teplotu, polohu, rychlost, průtok a další procesní veličiny.
Signály se používají pro regulaci, řízení a bezpečnost.

2. Energetická technologie:
Snímače zaznamenávají parametry, jako je proud, napětí, frekvence, výkon nebo izolační hodnoty v energetických distribučních systémech, rozvodnách a transformátorech.

3. Automobilová technika:
Snímače jsou základním prvkem pro řízení dynamiky vozidla, airbagů, řízení motoru, měření výfukových plynů nebo systémů řízení baterií.

4. Zdravotnická technika:
Snímače: Biokompatibilní snímače se zde používají k měření životně důležitých parametrů, jako je krevní tlak, tělesná teplota, hladina glukózy nebo dýchací plyny.

5. Stavební technologie:
V systémech vytápění, klimatizace a větrání měří senzory teplotu, vlhkost, obsah CO₂ a intenzitu světla, aby bylo možné řídit komfort a energetickou účinnost.

6. Technologie měření životního prostředí:
Specializované snímače se používají k zaznamenávání údajů o počasí, kvalitě vzduchu, analýzám vody nebo emisí.

Požadavky na moderní snímače:

• Přesnost a opakovatelnost: Zejména v technice pro zajištění kvality nebo v kontrolní technice.
• Dlouhodobá stabilita: Důležité pro kontinuální měření po mnoho let, například v energetických systémech nebo stanicích pro ochranu životního prostředí.
• Rychlá doba odezvy: Zejména u dynamických procesů (např. detekce výbuchu nebo měření otřesů).
• Robustnost: Ochrana proti prachu, vodě, vibracím, chemickým vlivům a teplotě.
• Kalibrovatelnost: Pro návaznost naměřených hodnot na národní normy.

Snímače jsou nepostradatelnou součástí téměř všech technických, průmyslových a vědeckých aplikací. Jejich hlavním úkolem je přesný záznam reálných veličin a jejich převod na použitelný signál. Rozmanitost dostupných technologií umožňuje přesné přizpůsobení široké škále měřicích úloh. S nástupem inteligentních snímačů (smart sensors) a jejich integrací do digitálních systémů se snímače stále více stávají klíčovou součástí v éře průmyslu 4.0 a internetu věcí (IoT).

Zde je přehled nejdůležitějších bodů, které je třeba při nákupu snímačů zohlednit.

Nákup snímačů pro záznam mechanických, tepelných, elektrických nebo chemicko-fyzikálních veličin vyžaduje komplexní pohled na technická, aplikačně specifická a ekonomická kritéria. Nejde jen o čistě měřicí funkci, ale také o souhru přesnosti, robustnosti, integrace, kalibrace a systémové kompatibility.

• Prvním krokem je přesné definování toho, jaká fyzikální veličina má být měřena a za jakých podmínek:
• Mechanické veličiny: Síla, tlak, točivý moment, hmotnost
• Tepelné veličiny: Teplota, tepelný tok
• Elektrické veličiny: Napětí, proud, odpor, kapacita
• Chemicko-fyzikální veličiny: hodnota pH, vodivost, koncentrace, vlhkost
• Každá z těchto veličin vyžaduje jinou technologii snímače - a tedy i jiné požadavky na konstrukci, zpracování signálu a materiál.
• Volba správného měřicího principu je rozhodující pro záznam požadovaných měřených hodnot:
• Tenzometry (DMS): Pro mechanické veličiny, jako je síla a tlak
• Termočlánky nebo odporové teploměry (Pt100): Pro měření teploty
• Hallův jev nebo indukční metody: Pro elektrické a magnetické veličiny
• Iontově selektivní elektrody nebo optochemické senzory: Pro měření chemicko-fyzikálních veličin
• Volba principu měření určuje citlivost, robustnost a zpracování signálu.
• Volba senzoru musí odpovídat očekávanému měřicímu rozsahu - nesmí být ani příliš velký (ztráta rozlišení), ani příliš malý (riziko přetížení).
• Současně je třeba ověřit požadované rozlišení a přesnost v závislosti na tom, zda se jedná o hrubé sledování procesů nebo vysoce přesné laboratorní aplikace.
• Zvláště důležité je, aby snímač mechanicky odpovídal situaci při instalaci:
• Velikost a geometrie: Musí být možné jej integrovat do stávajících systémů
• Instalační poloha: Horizontální, vertikální, rotačně symetrické
• Možnosti montáže: Příruba, šroubová montáž, zásuvné systémy
• Vedení kabelů a typy konektorů: Musí odpovídat kabeláži na místě
• V závislosti na prostředí musí být snímač obzvláště odolný:
• Odolnost proti korozi: Pro chemické procesy nebo ve venkovním prostředí, např
• Odolnost vůči teplotám: Pro vysokoteplotní aplikace nebo kryogenní prostředí
• Těsnost (třída krytí IP): IP67 nebo vyšší pro vlhkost nebo nečistoty
• Mechanická zatížitelnost: Vibrace, rázy, tlakové impulzy
• Snímač musí být vhodný pro stávající vyhodnocovací technologii a automatizační prostředí:
• Analogové signály: např. mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
• Digitální rozhraní: např. CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
• Kompatibilita s řídicími systémy a záznamníky dat
• Ochrana proti elektromagnetické kompatibilitě a odolnost proti rušení: důležité zejména v elektrickém nebo průmyslovém prostředí
• Pouze kalibrované snímače poskytují spolehlivé naměřené hodnoty, proto je minimálním požadavkem tovární kalibrace se zkušebním protokolem.
• Kalibrace DAkkS nebo ekvivalentní pro nejvyšší požadavky, např. QS podle ISO 9001, automobilový průmysl, farmaceutický průmysl.
• Návaznost na národní normy zaručuje srovnatelnost. Rekalibrační cykly by měly být definovány podle intenzity používání.
• Snímač musí měřit stabilně po mnoho let:
• Proto by se měl vyhodnocovat nulový bod a drift snímače v závislosti na teplotě, stárnutí a mechanickém namáhání.
• Mělo by se zohlednit chování při tečení při konstantním zatížení. Zejména u mechanických veličin.
• Shody jsou rozhodující, zejména v průmyslovém nebo bezpečnostně významném prostředí:
• Označení CE a směrnice EU specifické pro daný výrobek.
• Schválení ATEX pro prostředí s nebezpečím výbuchu.
• Shoda s RoHS a REACH.
• Specifické průmyslové požadavky, jako je GMP (léčiva), HACCP (potraviny), SIL (zpracovatelský průmysl).
• Kvalita snímače úzce souvisí se zkušenostmi a referencemi výrobce, technickou podporou a aplikačním poradenstvím.
• Rozhodující není jen jednotková cena, ale celková hospodárnost.

Důležitá je zejména jasně definovaná aplikace, volba správného měřicího principu, správné začlenění do měřicího řetězce a podpora zkušeného výrobce. Jen tak lze vytvořit měřicí systém, který bude trvale přesný, stabilní a nenáročný na údržbu - bez ohledu na to, zda měří mechanické síly, teploty, elektrické veličiny nebo chemicko-fyzikální parametry.

Snímače lze získat od různých dodavatelů. Komplexní informace o výrobcích a dodavatelích převodníků z celého světa naleznete na exportních stránkách.